基于PEMA和DWT的岩心图像鲁棒水印算法
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国家自然科学基金 (62071315)


Algorithm of Robust Watermarking for Core Images Based on PEMA and DWT
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    摘要:

    岩心图像作为地质、油气等行业中极为重要的数字图像资源, 对于科学研究和工程实践至关重要, 其安全性常通过添加数字水印的方式来保障. 在数字化的进程中, 岩心图像在存储、传输和网页发布等情况下常会进行JPEG压缩. 然而, 现存基于深度学习的图像数字水印算法在应对JPEG压缩时, 视觉质量和鲁棒性方面仍存在显著不足. 本文提出了一个端到端图像鲁棒水印算法, 旨在解决JPEG压缩条件下岩心图像的鲁棒水印嵌入问题. 为了高效融合载体图像与水印的特征, 本文引入了多尺度跨时空注意力(pyramid efficient multi-scale attention, PEMA)模块, 该模块通过独特的跨空间交互策略和通道间关系的构建方式, 能够有效捕获不同方向上的长程依赖以及不同尺度下的特征信息. 为了实现视觉不可感知性, 本文通过离散小波变换(discrete wavelet transform, DWT)将数字水印嵌入到载体图像的低频分量中, 并引入DLL (DWT LL sub-band loss)损失函数, 以提升水印图像的视觉质量. 实验结果表明, 该算法在针对JPEG压缩的鲁棒性和视觉不可感知性上均优于现有主流算法.

    Abstract:

    Core images, as a crucial digital image resource in the fields of geology, oil, and gas, are essential for scientific research and engineering practices. Their security is often ensured by adding digital watermarks. During digitization, core images frequently undergo JPEG compression when they are stored, transmitted, or published on Web pages. However, existing deep learning-based image digital watermarking algorithms still have significant shortcomings in terms of visual quality and robustness under JPEG compression. This study proposes an end-to-end image robust watermarking algorithm to address the issue of robust watermark embedding in core images under JPEG compression conditions. To efficiently integrate the features of the host image and the watermark, the study introduces a pyramid efficient multi-scale attention (PEMA) module. Through a unique cross-spatial interaction strategy and channel-wise relationship construction, the module effectively captures long-range dependencies in different directions and features information at various scales. To achieve visual imperceptibility, the study embeds the digital watermark into the low-frequency components of the host image using discrete wavelet transform (DWT) and introduces the DWT LL sub-band loss (DLL) loss function to improve the visual quality of the watermark image. Experimental results demonstrate that the proposed algorithm outperforms existing mainstream algorithms in both robustness against JPEG compression and visual imperceptibility.

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引用本文

严宇真,何小海,卿粼波,罗彬彬,滕奇志.基于PEMA和DWT的岩心图像鲁棒水印算法.计算机系统应用,,():1-9

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  • 收稿日期:2024-09-11
  • 最后修改日期:2024-10-10
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  • 在线发布日期: 2025-01-21
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